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全球气候模型的预测结果以及众多研究和观测都表明,伴随着大气温度升高,除了在全球水平上降雨总量将会增加之外,降雨格局也将发生变化,主要表现为以降雨间隔时间增长、单次降雨量增大为特征的降雨事件将会增加。这种降雨格局的变化对许多生态系统而言都是全新的气候条件,因而迫切需要对其可能产生的影响进行研究。由于各种限制,目前关于降雨格局变化对草原影响的研究中,针对草原地下部分响应特征的研究十分少见,尤其缺乏生长季内进行连续破坏性取样的地下生长动态研究。羊草(Leymus chinensis)和大针茅(Stipa grandis)是内蒙古典型草原优势种,研究它们在生长季内不同降雨格局下的响应特征,尤其是地下部分的动态响应特征,对于进一步了解全球降雨格局变化下内蒙古典型草原的响应机制意义重大。
本研究于2009年7月至9月在中国科学院内蒙古草原生态系统定位研究站,利用开顶式生长室进行控制实验模拟降雨格局变化,通过连续五次破坏性取样,主要研究了不同取样时间下总降雨量和降雨间隔时间变化对羊草和大针茅种子苗生长和地上地下物质分配的影响。本研究的主要结果如下:
1)生长季末,总降雨量增加50％使羊草种子苗地上生物量平均增加33.9％(P＜0.05),降雨间隔时间由5天增长为15天使地上生物量平均增加31.3％(P＜0.05)；总降雨量增加使大针茅种子苗地上生物量平均增加23％(P＜0.05),降雨间隔时间增长使地上生物量平均增加48.8％(P＜0.001.)。
2)在较长降雨间隔条件下,总降雨量增加50％使羊草种子苗根生物量显著增加58.3％(P＜0.05),使地下生物量显著增加62.4％(P＜0.05)；而在较短降雨间隔条件下,总降雨量增加对二者的作用都不显著。在总降雨量高的条件下,降雨间隔时间由5天增长为15天使羊草种子苗根生物量极显著增加88.7％(P＜0.001),使地下生物量显著增加70.6％(P＜0.05),而在总降雨量低的条件下,降雨间隔时间变化对二者的作用都不显著。总降雨量对大针茅地下生物量没有显著影响；在总降雨量低的条件下,降雨间隔时间由5天增长为15天使地下生物量增加56.2％(P＜0.001),而在总降雨量高的条件下其作用不显著。
3)总降雨量对羊草种子苗根冠比的效应依赖于降雨间隔时间的长短,只有在短降雨间隔条件下,总降雨量增大50％才会使根冠比发生改变(-28.5％,P＜0.05)。总降雨量和降雨间隔时间对大针茅种子苗根冠比的效应都依赖于对方水平的高低,只在长降雨间隔条件下,总降雨量增大50％才会使根冠比发生改变(-28.4％,P＜0.05)；只在总降雨量高的条件下,降雨间隔时间由5天增长为15天才会使根冠比发生改变(-28.8％,P＜0.05)。
4)就整个实验处理期而言,羊草种子苗在处理时间为30天和45天时,地上生物量、地下生物量、总生物量的差异都主要由总降雨量引起；而在处理时间为75天时,三者都受到降雨间隔时间的显著影响,其中地上生物量和总生物量的差异由总降雨量和降雨间隔时间共同引起。在处理时间为30天和45天时,大针茅种子苗地上生物量、地下生物量和总生物量的差异同样主要取决于总降雨量；而在处理时间为75天时,其差异则主要取决于降雨间隔时间。
本研究得到以下重要结论:
1)降雨间隔时间可能与总降雨量一样是影响羊草和大针茅种子苗生长和物质分配的关键因素之一。
2)降雨间隔时间与总降雨量的作用不仅彼此影响,而且随着实验处理时间的改变而改变,降雨格局的作用较为复杂。
3)在羊草和大针茅种子苗的响应差异方面,总降雨量对二者地下生长和地上地下物质分配的效应都依赖于降雨间隔时间的长短,但是二者的具体依赖方式不同。同时,降雨间隔时间对二者地下生长的效应也都依赖于总降雨量的高低,二者的具体依赖方式完全相反。
4)总降雨量较高而降雨间隔时间较长的降雨格局可能更有利于羊草的生长,而总降雨量较低而降雨间隔时间较长的降雨格局可能更有利于大针茅的生长。